DE102009044610A1

DE102009044610A1 - Solarzellenmodul

Info

Publication number: DE102009044610A1
Application number: DE102009044610A
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Dr. Physiker Löckenhoff
Original assignee: Azur Space Solar Power GmbH
Current assignee: Azur Space Solar Power GmbH
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2011-05-26
Also published as: ES2430041B2; WO2011061265A3; ES2430041R1; WO2011061265A2; ES2430041A2; US20120285510A1; CN102714239B; IL219831A0; CN102714239A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Solarzellenmodul (24), umfassend in Reihe verschaltete Untereinheiten (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) von parallel verschalteten Solarzellen (40, 42). Um eine problemlose individuelle Anpassung an die zu beachtenden Lichtintensitäten derart zu ermöglichen, dass in jeder Untereinheit im Wesentlichen der gleiche Photostrom erzeugt wird, sieht die Erfindung vor, dass die Solarzellen zumindest erste und zweite Solarzellen (40, 42) mit jeweils voneinander abweichenden strahlungssensitiven Flächen umfassen und dass zumindest eine Untereinheit (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) eine erste und zumindest eine zweite Solarzelle aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Solarzellenmodul, insbesondere Konzentrator-Solarmodul, umfassend in Reihe verschaltete Untereinheiten von parallel verschalteten Solarzellen.
Um materialsparend und effizient mit Hilfe von Solarzellen Licht in elektrische Energie umzuwandeln, gelangen Konzentratorsysteme zur Anwendung, in denen Sonnenlicht gebündelt und auf sehr kleinflächige Solarzellen gelenkt wird. Insbesondere großflächige optische Systeme wie Parabolspiegel oder große Fresnel-Linsen können aus Sonnenlicht mit hoher optischer Effizienz Lichtflecke erzeugen. In diesen Lichtflecken kann die Lichtintensität ein Vielhundertfaches der Lichtintensität des direkten Sonnenlichts betragen. Um die Lichtenergie in Konzentrator-Solarmodulen mit hohem Wirkungsgrad nutzen zu können, ist es erforderlich, dass in diesen die einzelnen Solarzellen einen sehr geringen Abstand zueinander aufweisen. Anderenfalls würde unnötigerweise Lichtenergie zwischen den Solarzellen verloren gehen. Entsprechende Anordnungen von Solarzellen bezeichnet man daher auch als dichtgepackte Konzentrator-Solarmodule, die grundsätzlich aktiv z. B. mittels Wasser gekühlt werden. Kleinere Modulflächen können ggfs. auch eine passive Kühlung aufweisen. Sogenannte Heat Pipes können zur Kühlung eingesetzt werden.
Es ist auch bekannt, Solarzellen auf sogenannte Mikrokanalkühler anzuordnen, die eine Sandwich-Struktur mit äußeren Schichten aus Keramik und einer von Wasser durchströmten Zwischenschicht aufweisen, die ihrerseits aus eine Mikrokanalstruktur bildenden dünnen Kupferfolien besteht, die untereinander verbunden sind.
Optische Konzentratoren wie Parabolspiegel und Fresnel-Linsen erzeugen grundsätzlich keinen homogenen Lichtfleck mit scharfen Grenzen, sondern eine Lichtleistungsverteilung, die nach außen abfällt. Würde ein Solarmodul, das Solarzellen mit jeweils gleicher Strahlungssensitivität, also aktiver Fläche, aufweist, einem Lichtfleck mit inhomogener Lichtleistungsverteilung ausgesetzt, so werden die außenliegenden Solarzellen einer geringeren Lichtleistung als die im Mittenbereich angeordneten ausgesetzt mit der Folge, dass die äußeren Solarzellen weniger Photostrom als die innen liegenden erzeugen.
Die Solarzellen werden in den Modulen grundsätzlich in Serie, also in Reihe verschaltet. Es sind jedoch auch Anordnungen bekannt, die aus Untereinheiten bestehen, die parallel verschaltete Solarzellen aufweisen, wobei die Untereinheiten selbst in Serie verschaltet sind.
Da der Strom in jeder Solarzelle bzw. Untereinheit einer Serienschaltung identisch ist, begrenzen infolgedessen die außenliegenden Solarzellen bzw. Untereinheiten, die den geringsten Photostrom erzeugen, den Strom, so dass das Modul ineffizient arbeitet.
Aus der WO-A-2009/059773 ist ein Solarzellenmodul mit angepasster Solarzellenbreite bekannt. Das Modul umfasst in Reihe verschaltete Solarzellen, wobei die innen liegenden Solarzellen eine geringere solarstrahlungssensitive Fläche als die außen liegenden aufweisen. Hierdurch soll ungeachtet einer inhomogenen Lichteinstrahlung der in jeder Solarzelle erzeugte Photostrom im Wesentlichen gleich sein. Um eine hinreichende Anpassung an die unterschiedlichen Lichtintensitäten zu erzielen, müsste eine hohe Anzahl von Solarzellen unterschiedlicher aktiver Fläche, also strahlungssensitiver Fläche zur Verfügung gestellt werden. Dies führt aufgrund der Tatsache, dass unterschiedliche Werkzeuge und Werkzeugträgerwechsel in automatischen Anlagen benötigt werden, zu höheren Kosten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Solarzellenmodul, insbesondere ein Konzentrator-Solarmodul, der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass eine problemlose individuelle Anpassung an die zu beachtenden Lichtintensitäten in einem Umfang erfolgt, dass in jeder Untereinheit im Wesentlichen der gleiche Photostrom erzeugt wird. Gleichzeitig soll sichergestellt sein, dass die Solarzellen in den Untereinheiten problemlos verschaltet werden können. Auch soll eine hinreichende Kühlung gewährleistet sein.
Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung im Wesentlichen vor, dass die Solarzellen zumindest erste und zweite Solarzellen mit jeweils voneinander abweichenden strahlungssensitiven Flächen umfassen und dass zumindest eine Untereinheit zumindest eine erste und zumindest eine zweite Solarzelle aufweist, wobei die Gesamtfläche der Einzelflächen jeder Untereinheit auf die Lichtintensität einfallender Strahlung ausgelegt ist.
Erfindungsgemäß werden in zumindest einer der zu dem Solarzellenmodul in Reihe verschalteten Untereinheiten Solarzellen mit voneinander abweichenden strahlensensitiven Flächen parallel verschaltet, so dass eine gewünschte Gesamtfläche je Untereinheit zur Verfügung gestellt werden kann, die auf die auftreffende Lichtintensität abgestimmt ist.

So besteht z. B. die Möglichkeit, bei einer zwei Solarzellen umfassenden Untereinheit zwei erste Solarzellen oder eine erste und eine zweite Solarzelle oder zwei zweite Solarzellen zu kombinieren, so dass insgesamt drei unterschiedliche strahlensensitive Gesamtflächen für eine Untereinheit zur Verfügung stehen. Ein weiterer Freiheitsgrad ist dahingehend zu sehen, dass die Reihenfolgen der Solarzellen innerhalb einer Untereinheit vertauscht werden. Folglich ergeben sich insgesamt vier Kombinationsmöglichkeiten:

Untereinheit a:	erste Solarzelle – erste Solarzelle
Untereinheit b:	erste Solarzelle – zweite Solarzelle
Untereinheit c:	zweite Solarzelle – erste Solarzelle
Untereinheit d:	zweite Solarzelle – zweite Solarzelle.

Durch eine gezielte Ausnutzung zuvor erläuterter Freiheitsgrade besteht die Möglichkeit, bereits mit zwei Solarzellentypen, also ersten und zweiten Solarzelle, einen weitgehenden Ausgleich der Photoströme in den Untereinheiten eines Großflächenmoduls zu verwirklichen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Solarzellenmodul zumindest drei Untereinheiten umfasst, von denen zumindest eine Untereinheit ausschließlich erste oder zweite Solarzellen aufweist.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass in Richtung der Reihenverschaltung betrachtet die erste Solarzelle in ihrer Länge von der der zweiten Solarzelle abweicht.
Auch besteht die Möglichkeit, dass senkrecht zur Reihenschaltung betrachtet die Breite der ersten und der zweiten Solarzelle übereinstimmt oder die Breite eine maximale Abweichung voneinander von ±10% aufweisen.
Anwendungstechnisch ist von Vorteil, wenn das Solarzellenmodul zumindest sieben Untereinheiten umfasst, von denen zumindest vier Untereinheiten zumindest eine erste und zumindest eine zweite Solarzelle aufweisen.
Des Weiteren sollte zwischen zwei Untereinheiten mit zumindest einer ersten und zumindest einer zweiten Solarzelle eine Untereinheit angeordnet sein, die ausschließlich erste oder zweite Solarzellen aufweist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Solarzellenmodul Untereinheiten mit zumindest einer ersten und zumindest einer zweiten Solarzelle aufweist, wobei die Reihenfolge von der zumindest einen ersten und der zumindest einen zweiten Solarzelle in den Untereinheiten voneinander abweichen. Hierdurch kann die flächige inhomogene Intensitätsverteilung berücksichtigt werden.
Grundsätzlich ergibt sich eine Randbedingung für die Auslegung der Untereinheiten durch die Verschaltungstechnologie und die Notwendigkeit einer aktiven Kühlung. In der Hochleistungselektronik werden bei aktiver Kühlung in der Regel keramische Substrate mit einer einlagigen Metallbeschichtung verwendet. Die Metallbeschichtung ist zur Auflagefläche für Solarzellen und zur Leiterbahn strukturiert. Dabei können die keramischen Leiterplatten entweder Teil eines Kühlkörpers sein oder mit einem solchen verbunden werden.
Grundsätzlich wird bei dichtgepackten Konzentrator-Solarmodulen eine keramische Leiterplatte verwendet. Probleme bereiten allerdings jedoch die zum Verschalten erforderlichen Leiterbahnen aufgrund der hohen Packungsdichte.
Die Erfindung zeichnet sich daher auch durch die Merkmale aus, dass die Untereinheiten auf einem vorzugsweise aktiv gekühlten Träger angeordnet sind, der solarzellenseitig eine aus elektrisch leitendem Material bestehende Schicht aufweist, die in Teilflächeneinheiten unterteilt ist, wobei auf jeweils einer Teilflächeneinheit eine Untereinheit angeordnet ist. Somit ergibt sich ein problemloses Parallelverschalten der Solarzellen einer Untereinheit.
Die Untereinheiten selbst können untereinander, also zur Reihenverschaltung, über Silberverbinderfahnen, dünne Goldbonds oder entlang deren Oberseiten verlaufende elektrisch leitende Streifen verbunden sein, von denen ein Abschnitt mit den Frontkontakten der Solarzellen einer Untereinheit und der andere Abschnitt durch die Solarzellen der anderen Untereinheit hindurch mit den bodenseitigen Kontakten verbunden wird.
Insbesondere ist die Umfangsgeometrie der Teilflächeneinheit an die Umfangsgeometrie der aufzunehmenden Untereinheit angepasst.
Üblicherweise sind die Untereinheiten in Bezug auf ihre Außenlängsränder fluchtend zueinander ausgerichtet.
Es besteht des Weiteren die Möglichkeit, dass zumindest eine Teilflächeneinheit aus in Richtung der Reihenschaltung betrachtet versetzt zueinander verlaufenden Bereichen oder Abschnitten besteht, die ineinander übergehen. Entsprechend sind die Untereinheiten geometrisch gestaltet.
Ferner besteht die Möglichkeit, dass zumindest zwei aufeinander folgende Teilflächeneinheiten versetzt zueinander verlaufende Teilbereiche aufweisen, wobei die Teilflächeneinheiten derart zueinander ausgerichtet sind, dass gleiche Seiten begrenzende Längsränder versetzt zueinander verlaufen.
Weisen die Teilflächeneinheiten versetzt zueinander verlaufende jedoch nicht überlappende Bereiche auf, so ist vorgesehen, dass eine Leiterbahn, die aus der elektrisch leitenden Schicht strukturiert ist, zwischen den versetzt zueinander angeordneten Bereichen der Teilflächeneinheit in Richtung der Reihenschaltung betrachtet verläuft und eine Mindestbereite B mit B ≥ 0,8 mm aufweist, insbesondere 0,8 mm ≤ B ≤ 1,2 mm, vorzugsweise B = 1 mm.
Auch ist vorgesehen, dass die elektrisch leitende und in Teilflächeneinheiten unterteilte elektrische leitende Schicht auf einem aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Bereich des Trägers angeordnet ist und dass in Richtung der Reihenschaltung betrachtet zwischen aufeinander folgenden Teilflächeneinheiten das elektrisch leitende Material entfernt ist. Hierdurch ist die erforderliche Isolierung zwischen den Untereinheiten gewährleistet, um diese sodann in Serie verschalten zu können.
Die Solarzellen einer Untereinheit können mit einer Anzahl von Bypass-Dioden verschaltet sein, die von der der Solarzellen in der Untereinheit abweicht. Unabhängig hiervon ist vorgesehen, dass die Bypass-Dioden in Richtung der Reihenschaltung betrachtet in einem die in Reihe angeordneten Untereinheiten begrenzenden Seitenrand des Trägers angeordnet sind.
Kann jede der Untereinheiten eine gleiche Anzahl von Solarzellen aufweisen, so besteht auch die Möglichkeit, dass die Anzahl der Solarzellen einer Untereinheit von der Anzahl der Solarzellen von zumindest einer weiteren Untereinheit des Solarzellenmoduls abweicht.
Bevorzugterweise ist die strahlensensitive Fläche der ersten Solarzelle in etwa 30% bis 70% kleiner als die der zweiten Solarzelle.
Ferner sollte der Abstand zwischen aufeinander folgenden Untereinheiten zwischen 50 μm und 1000 μm liegen, und zwar in Richtung der Reihenschaltung betrachtet.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1 eine Solarzellenanordnung eines Solarzellenmoduls nach dem Stand der Technik,
2 eine erfindungsgemäße Solarzellenanordnung eines Solarzellenmoduls,
3 eine Prinzipdarstellung einer Auflageflächenanordnung von Solarzellenuntereinheiten gemäß 2,
4 eine weitere Solarzellenanordnung eines Solarzellenmoduls und
5 eine Auflageflächenanordnung der Solarzellenuntereinheiten gemäß 4.
Der 1 ist eine Prinzipdarstellung von in Serie verschalteten Solarzellen 12, 14, 16, 18, 20 zur Bildung eines Solarzellenmoduls nach dem Stand der Technik zu entnehmen. Die in Reihe verschalteten Solarzellen 12, 14, 16, 18, 20 sind mit einem Verbraucher 22 wie Wechselrichter verbunden. Im linken Teil der 1 ist prinzipiell eine Lichtintensitätsverteilung bei Konzentratorsystemen dargestellt, die auf die Solarzellen 12, 14, 16, 18, 20 einwirkt. Um eine Anpassung der generierten Photoströme in den serienverschalteten Solarzellen 12, 14, 16, 18, 20 zu erreichen, werden die sensitiven Flächen, also aktiven Flächen der Solarzelle 12, 14, 16, 18, 20 an die Intensitätsverteilung angepasst. Aus der Prinzipdarstellung ergibt sich, dass die äußeren Solarzellen 12, 20 eine größere sensitive Fläche als die angrenzenden Solarzellen 14, 18 aufweisen, die wiederum eine größere Flächenerstreckung als die innenliegende Solarzellen 16 besitzen. Eine entsprechende Anordnung ergibt sich prinzipiell aus der WO-A-2009/059773 . Erkennbar wird eine Vielzahl von Solarzellen unterschiedlicher strahlensensitiver Flächen benötigt, um in etwa einen gleichen Photostrom in jeder Solarzelle 12, 16, 16, 18, 20 zu erzeugen. Bei größeren Modulen ist infolgedessen eine Vielzahl von Solarzellen-Designs erforderlich, die eine industrielle Fertigung unpraktikabel gestalten.
Um die Nachteile des Standes der Technik zu beheben und ungeachtet dessen entsprechend der Lichtintensitätsverteilung eine Strombegrenzung durch Solarzellen zu vermeiden, die einer geringeren Lichtintensität ausgesetzt sind, wird erfindungsgemäß Folgendes vorgeschlagen.
In 2 ist rein prinzipiell eine Draufsicht auf ein Modul 24 dargestellt, das Untereinheiten 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38 von parallel verschalteten nicht näher gekennzeichneten Solarzellen umfasst. Die Untereinheiten 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38 sind in Serie verschaltet und über einen Verbraucher wie Wechselrichter 22 verbunden. Die Untereinheiten 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38 mit ihren jeweils parallel verschalteten Solarzellen stellen jeweils eine strahlungssensitive Fläche zur Verfügung, die an die Lichtintensität der Konzentratorstrahlung anpasst ist, deren Verlauf in der 2 links prinzipiell wiedergegeben ist.
Damit die Untereinheiten 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38 im erforderlichen Umfang voneinander abweichende oder übereinstimmende sensitive Flächen zur Verfügung stellen können, werden im Ausführungsbeispiel Solarzellen unterschiedlicher sensitiver Fläche verschaltet, die als erste und zweite Solarzellen bezeichnet werden. Eine erste Solarzelle 40 und eine zweite Solarzelle 42 sind im unteren Teil der 2 prinzipiell dargestellt. Man erkennt, dass die sensitiven Flächen der ersten und der zweiten Solarzelle 40, 42 voneinander abweichen. Dabei weisen die Solarzellen 40, 42 in Richtung der Reihenverschaltung 70 betrachtet voneinander abweichende Längen L1, L2 auf. In ihren Breiten B1 bzw. B2 sollten die Solarzellen 40, 42 einander entsprechen oder vorzugsweise maximale Abweichungen von 10% aufweisen. Das Symbol für die Solarzellen ist mit dem Bezugszeichen 44 gekennzeichnet, das eine Kombination einer Stromquelle mit einer Diode wiedergibt.
Man erkennt aus der 2, dass die Solarzelle 40, 42 und damit deren aktive Fläche die Form eines Rechtecks aufweist.
Die erfindungsgemäßen ersten und zweiten Solarzellen 40, 42 sind in den Untereinheiten 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38 derart zusammengesetzt, dass sich pro Untereinheit 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38 eine gesamtsensitive Fläche ergibt, die dem Intensitätsverlauf der auftreffenden Strahlung im Bereich der Untereinheit angepasst ist mit der Folge, dass jede der Untereinheiten 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38 in etwa einen gleichen Photostrom erzeugt.
So weisen die äußeren Untereinheiten 26, 38, in deren Bereichen die Intensität am geringsten ist, die größte sensitive Fläche auf, so dass zwei zweite Solarzellen parallel verschaltet sind. In den angrenzenden Untereinheiten 28, 36, in denen die Intensität zunimmt, wird die sensitive Fläche verringert, indem eine erste Solarzelle 40 mit einer zweiten Solarzelle 42 verbunden wird.
Die sich jeweils nach innen anschließenden Untereinheiten 30, 34 weisen eine gleiche sensitive Fläche auf, so dass gleichfalls eine erste und zweite Solarzelle 40, 42 verschaltet werden, jedoch in Richtung der Parallelverschaltung 71 in umgekehrter Reihenfolge. Hierdurch kann der flächigen inhomogenen Intensitätsverteilung Rechnung getragen werden.
Im Mittenbereich des Moduls 24, in dem die maximale Intensität auftritt, weist die Untereinheit 32 die kleinste sensitive Fläche auf, indem zwei erste Solarzellen 40 verschaltet werden.
Sind im Ausführungsbeispiel zwei Solarzellen 40, 42 zu einer Untereinheit 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38 parallel verschaltet, so können in der Praxis selbstverständlich eine bei weitem größere Anzahl von Solarzellen eine Untereinheit bilden. Dabei besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, dass mehr als zwei Solarzellen mit voneinander abweichenden strahlensensitiven Flächen verschaltet werden.
Als weitere Alternative bzw. Ergänzung, um in den Untereinheiten gleiche oder in etwa gleiche Photoströme zu erzeugen, ist die Auswahl der Stromklassen der einzusetzenden Solarzellen zu nennen. So können die Stromklassen der im Mittenbereich des Moduls angeordneten Solarzellen eine geringere Qualität als die außen zu platzierenden Solarzellen aufweisen. Hierdurch wird eine zusätzliche Feinabstimmung der Photoströme pro Untereinheit ermöglicht.
Die Solarzellen einer Untereinheit 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38 können auf einer keramischen Leiterplatte 45 angeordnet sein, die obere Seite eines als aktiver Kühler ausgebildeten Trägers ist. Dieser kann entsprechend dem Stand der Technik einen Sandwich-Aufbau mit oberer und unterer Keramikplatte sowie zwischen diesen angeordneter eine Mikrokanalstruktur zur Verfügung stellen und aus dünnen Kupferfolien bestehende Zwischenschicht aufweisen, die von einer Kühlflüssigkeit wie Wasser durchströmbar ist.
Die keramische Leiterplatte 45 weist solarzellenseitig eine elektrisch leitende Schicht wie Kupferschicht auf, die in den Bereichen entfernt wie weggeätzt ist, in denen eine elektrische Verbindung unterbrochen werden soll. Es verbleiben rechteckige Teilflächeneinheiten 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, die flächenmäßig an die Untereinheiten 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38 angepasst sind bzw. weitgehend eine gleiche, gegebenenfalls in der Größe abweichende Umfangsgeometrie aufweisen. Leiterbahnen zum Verschalten der Untereinheiten mit z. B. Bypass-Dioden bleiben bei dieser Betrachtung unberücksichtigt.
Über die Teilflächeneinheiten 46, 48, 50, 50, 52, 54, 56, 58 erfolgt demzufolge eine Parallelverschaltung der ersten und zweiten Solarzellen 40, 42 in der gewählten Konfiguration pro Untereinheit. Somit kann eine überaus dichte Packung der ersten und zweiten Solarzellen 40, 42 bzw. der aus diesen gebildeten Untereinheiten 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38 auf der keramischen Leiterplatte 45 erfolgen.
Die elektrisch leitende Fläche, die auf der Keramikschicht aufgebracht ist, also die keramische Leiterplatte, weist nicht dargestellte weitere Verbindungen zu den Teilflächeneinheiten 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58 auf, um jede Untereinheit 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38 mit im Randbereich des Moduls vorhandenen jedoch nicht dargestellten Bypass-Dioden zu verbinden. Dabei kann die Anzahl der Bypass-Dioden von der Anzahl der in einer Untereinheit zusammengeschalteten Solarzellen abweichen, insbesondere geringer sein.
Aus der 3 ergibt sich, dass die jeweiligen Längsränder der Unterflächeneinheiten 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58 im Wesentlichen fluchtend zueinander ausgerichtet sind. Beispielhaft sind entsprechende Längsränder mit 60, 62 auf der einen Seite und 64, 66 auf der anderen Seite der Teilflächeneinheiten 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58 gekennzeichnet.
Eine diesbezügliche Anordnung ist jedoch nicht zwingend erforderlich, nämlich insbesondere dann, wenn Bereiche von zu Untereinheiten zu verschaltenden Solarzellen in Richtung der Reihenverschaltung 70 betrachtet derart versetzt sind, dass dem Grunde nach ein unmittelbarer Kontakt nicht erfolgt, also eine Überlappung der entsprechenden rechteckförmigen Teilabschnitte, die jeweils einen Bereich der Untereinheit aufnehmen, nicht erfolgt.
In 5 sind rein prinzipiell Untereinheiten I, II, III, IV, V dargestellt, wie in 2 entsprechend der Lichtintensitätsverteilung angepasste sensitive Flächen aufweisen. Entsprechend erfolgt eine Kombination der zu verschaltenden ersten und zweiten Solarzellen 42 und 44, die voneinander abweichende sensitive Flächen aufweisen.
In 4 sind die den Untereinheiten I, II, II, IV, V zugeordneten Teilflächeneinheiten entsprechend gekennzeichnet.
Man erkennt, dass die Solarzellen 40 der Untereinheit III derart versetzt zueinander angeordnet sind, dass diese nicht aneinander grenzen. Um dennoch eine Parallelverschaltung zu ermöglichen, werden die Auflageflächen für die Solarzellen 40 der Untereinheit III auf in 3 mit dem Bezugszeichen 72, 74 gekennzeichneten Bereichen der Teilflächeneinheit III angeordnet, wobei die Bereiche 72, 74 über eine in Richtung der Reihenschaltung 70 verlaufende Leiterbahn 76 verbunden sind, die auf der keramischen Leiterplatte 45 aufgebracht ist. Die Breite B der Leiterbahn 76 sollte zumindest 0,8 mm, vorzugsweise in etwa 1 mm betragen. Durch die diesbezügliche Konfiguration weist die Teilflächeneinheit III eine S-Geometrie auf, wobei sich entlang der Leiterbahn 76 Abschnitte der Teilflächeneinheiten II und IV erstrecken.
Da ein Mindestabstand zu der Leiterbahn 76 eingehalten werden muss, werden die entsprechenden Bereiche 78, 80 der Teilflächeneinheiten II, IV in Richtung des jeweiligen Randes der Leiterplatte 45 versetzt. Somit fluchten die Längsränder der zum Rand hin versetzten Teilbereiche 78, 80 mit den Längsrändern der verbleibenden Teilflächeneinheiten II, III, V nicht, wie die 4 verdeutlicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/059773 A [0007, 0040]

Claims

Solarzellenmodul (24), insbesondere Konzentrator-Solarzellenmodul, umfassend in Reihe verschaltete Untereinheiten (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) von parallel verschalteten Solarzellen (40, 42), dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen zumindest erste und zweite Solarzellen (40, 42) mit jeweils voneinander abweichenden strahlungssensitiven Flächen umfassen und dass zumindest eine Untereinheit (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) eine erste und zumindest eine zweite Solarzelle aufweist.
Solarzellenmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarzellenmodul (24) zumindest drei Untereinheiten (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) umfasst, von denen zumindest eine Untereinheit (26, 32, 38) ausschließlich erste oder zweite Solarzellen (40, 42) aufweist.
Solarzellenmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Reihenverschaltung (70) betrachtet die erste Solarzelle (40) in ihrer Länge von der der zweiten Solarzelle (42) abweicht.
Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass senkrecht zur Reihenschaltung (70) betrachtet die erste Solarzelle (40) und die zweite Solarzelle (42) in ihrer Breite übereinstimmen oder eine maximale Abweichung von ±10% zueinander aufweisen.
Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarzellenmodul (24) zumindest sieben Untereinheiten (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) umfasst, von denen zumindest vier Untereinheiten (28, 30, 34, 36) zumindest eine erste und zumindest eine zweite Solarzelle (40, 42) aufweisen.
Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Untereinheiten (30, 34) mit zumindest einer ersten und zumindest einer zweiten Solarzelle (40, 42) eine Untereinheit (32) angeordnet ist, die ausschließlich erste oder zweite Solarzellen aufweist.
Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarzellenmodul (24) Untereinheiten (28, 30, 34, 36) mit zumindest einer ersten und zumindest einer zweiten Solarzelle (40, 42) aufweist, wobei die Reihenfolge von der zumindest einen ersten und der zumindest einen zweiten Solarzelle voneinander abweicht.
Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Untereinheiten (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) auf einem vorzugsweise aktiv gekühlten Träger (44) angeordnet sind, der solarzellenseitig eine aus elektrisch leitendem Material bestehende Schicht aufweist, die in Teilflächeneinheiten (46, 48, 50, 52, 54, 56, 58) unterteilt ist, wobei auf jeweils einer Teilflächeneinheit eine Untereinheit (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) elektrisch leitend mit dieser verbunden angeordnet ist.
Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilflächeneinheit in Richtung der Reihenschaltung (70) versetzt zueinander verlaufende Bereiche (72, 74) umfasst, die über eine aus dem elektrisch leitenden Material strukturierte Leiterbahn (82) verbunden sind.
Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei aufeinander folgende Teilflächeneinheiten (48, 50) in Bezug auf Längsränder (60, 62; 64, 66) zumindest einer Seite versetzt zueinander verlaufen.
Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Umfangsgeometrie der Teilflächeneinheit (46, 48, 50, 52, 54) an die mit dieser verbundenen Untereinheit (26, 28, 30, 32, 34, 36 38) angepasst ist und dass die Teilflächeneinheit und die Unterflächeneinheit im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Ränder aufweisen.
Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die in Teilflächeneinheiten (46, 48, 50) verteilte elektrisch leitende Schicht auf einem aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Träger befindet und dass in Richtung der Reihenschaltung (70) betrachtet zwischen aufeinander folgenden Teilflächeneinheiten das elektrisch leitende Material entfernt ist.
Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen einer Untereinheit mit einer Anzahl von Bypass-Dioden verschaltet sind, die von der der Solarzellen in der Untereinheit abweicht.
Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypass-Dioden in Richtung der Reihenschaltung (70) betrachtet in einem die in Reihen angeordneten Untereinheiten (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) begrenzenden Seitenrand des Moduls (24) angeordnet sind.
Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilflächeneinheiten (46, 48, 50, 52, 54) in Bezug auf ihre jeweilige Längsseite (60, 62; 64, 68) fluchtend zueinander ausgerichtet sind.
Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Solarzellen einer Untereinheit von der Anzahl der Solarzellen von zumindest einer weiteren Untereinheit des Solarzellenmoduls (24) abweicht.
Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Untereinheit (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) eine gleiche Anzahl von Solarzellen (40, 42) aufweist.
Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlensensitive Fläche der ersten Solarzelle (40) etwa 30% bis 70% geringer als die der zweiten Solarzelle (42) ist.
Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen aufeinander folgenden Untereinheiten (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38) zwischen 50 μm und 1000 μm liegt, betrachtet in Richtung der Reihenschaltung (70).
Solarzellenmodul nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarzellenmodul (24) ausschließlich erste und zweite Solarzellen (40, 42) aufweist.